PROTECCIPROTECCIÓÓN N DIFERENCIAL DIFERENCIAL LONGITUDINALLONGITUDINAL

Ing. Luis Felipe Hernandez Zevallos

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN Si el objeto que se desea proteger se encuentra en un solo

lugar (generador, transformador, barras de distribución), entonces las cantidades medidas pueden ser procesadas inmediatamente.

En el caso de LT es diferente, no se puede procesar inmediatamente debido a que estas abarcan una distancia considerable.

Medios de ComunicaciónRelé A Relé B

Línea de transmisión

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNFORMAS DE COMUNICACIFORMAS DE COMUNICACIÓÓNN

La protección diferencial de líneas de transmisión es una moderna solución de protección.

Esta protección usa tecnología de telecomunicaciones (ahora los relés intercambian información a grandes distancias por medio de medios de comunicación tales como:

◦ Fibra Óptica (Hilo Piloto) ◦ Onda portadora◦ Microondas

La fibra óptica es un medio de comunicación empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. Llevan mensajes en forma de haces de luz que pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

FIBRA FIBRA ÓÓPTICA (1)PTICA (1)

FIBRA FIBRA ÓÓPTICA (2)PTICA (2)La FIBRA OPTICA se transporta al interior del cable de

guarda hueco

ONDA PORTADORAONDA PORTADORAEquipo de onda portadora de operación dual analógica y Digital, basados en el procesamiento digital de señales según la norma IEC 60495 para equipos de portadora por líneas de alta tensión:Voz para comunicaciones telefónicas.Transmisión de datos Síncronos, Asíncronos e IP.Interfase de Teleprotecciónintegrada (hasta 8 comandos bidireccionales) con panel de prueba incorporado.

MICROONDASMICROONDASSe denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300

MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es

decir, longitudes de onda de entre 1 cm a 100 micrómetros.

MMÓÓDEMDEMUn módem es un dispositivo que sirve para enviar una señal llamada portadora mediante otra señal de entrada llamada moduladora. El modulador emite una señal denominada portadora. Generalmente, se trata de una simple señal eléctrica sinusoidal de mucha mayor frecuencia que la señal moduladora. La señal moduladora constituye la información que se prepara para una transmisión (un módem prepara la información para ser transmitida, pero no realiza la transmisión). La moduladora modifica alguna característica de la portadora (que es la acción de modular), de manera que se obtiene una señal, que incluye la información de la moduladora. Así el demodulador puede recuperar la señal moduladora original, quitando la portadora. Las características que se pueden modificar de la señal portadora son: amplitud, frecuencia, fase.

La comunicación entre los relés puede ser controlado desde la PC por medio de software

Interfase entre la PC y el dispositivo de protección conectados directamente

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNFORMAS DE COMUNICACIFORMAS DE COMUNICACIÓÓN (1)N (1)

Interfase vía modem entre la PC y los dispositivos de protección

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNFORMAS DE COMUNICACIFORMAS DE COMUNICACIÓÓN (2)N (2)

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNFORMAS DE COMUNICACIFORMAS DE COMUNICACIÓÓN (3)N (3)

Enlace de los Relés utilizando un convertidor de comunicación ( óptico - eléctrico)

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNFORMAS DE COMUNICACIFORMAS DE COMUNICACIÓÓN (4)N (4)

DIFERENCIAS ENTRE LOS RELDIFERENCIAS ENTRE LOS RELÉÉS S ANALANALÓÓGICOS Y DIGITALES (1)GICOS Y DIGITALES (1)

Panel tradicional con relés de control analógico y tradicional

Moderno panel conmulti-relé de función numérica (relés

digitales)

Qué es ANALOGICO y que es DIGITAL?El término ANALÓGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello que puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior. El término DIGITAL de la misma manera involucra valores de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. En el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (Binary Digits).

DIFERENCIAS ENTRE LOS RELDIFERENCIAS ENTRE LOS RELÉÉS S ANALANALÓÓGICOS Y DIGITALES (2)GICOS Y DIGITALES (2)

Desventajas de usar un relé diferencial analógico frente a un relé diferencial digital:

◦ Necesita un convertidor A/D y D/A.

◦ No puede conectarse directamente a un sistema de control como por ejemplo una PC.

◦ Estos relés son susceptibles al ruido.

DIFERENCIAS ENTRE LOS RELDIFERENCIAS ENTRE LOS RELÉÉS S ANALANALÓÓGICOS Y DIGITALES (3)GICOS Y DIGITALES (3)

MULTIPLEXOR (1)MULTIPLEXOR (1)

Un MULTIPLEXOR o SELECTOR DE DATOS es un circuito lógico que acepta

varias entradas de datos y permite que sólo una de ellas pase a un tiempo a la salida. El

enrutamiento de la entrada de datos hacia la salida está controlado por las entradas de

SELECCIÓN (a las que se hace referencia a veces como las entradas de DIRECCIÓN).

MULTIPLEXOR (2)MULTIPLEXOR (2)

CONVERSOR ADC Y DCACONVERSOR ADC Y DCA

Para realizar esa tarea, el conversor ADC(Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

1. Muestreo de la señal analógica.2. Cuantización de la propia señal3. Codificación del resultado de la

cuantización, en código binario.

CONVERSOR ADC (1)CONVERSOR ADC (1)

Conversor ADC

CONVERSOR ADC (2)CONVERSOR ADC (2)

Dispositivo que convierte una entrada digital (generalmente binaria) a una señal analógica (generalmente voltaje o carga eléctrica). Los conversores digital-analógico son interfaces

entre el mundo abstracto digital y la vida real analógica. La operación reversa es realizada por un conversor analógico-digital (ADC).

CONVERSOR DCA (1)CONVERSOR DCA (1)

CONVERSOR DCA (2)CONVERSOR DCA (2)

Conversor DCA

Los relés de protección diferencial pueden comunicarse de 2 maneras.

A/D D/A

87L 87L

Digital channel

Digital channel

87L87L

Digital relay Digital relay

Analogue relay Analogue relay

PRINCIPIOS DE COMUNICACIPRINCIPIOS DE COMUNICACIÓÓN N ENTRE LOS RELENTRE LOS RELÉÉSS

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN ENTRE LOS RELN ENTRE LOS RELÉÉSS(2 TERMINALES)(2 TERMINALES)

End A

Link de comunicación

End B

Rele AAI BI

FI

IA + IB = 0 Condición NormalIA + IB 0 (= IF) Condición Falla

Rele B

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN PARA UNA N PARA UNA LLÍÍNEA CON 2 TERMINALES (1)NEA CON 2 TERMINALES (1)

Los reles se comunican de la siguiente manera:◦ El dispositivo 1 mide la corriente I1 del secundario del TC◦ La corriente I1 va del dispositivo 1 al dispositivo 2.◦ Luego el dispositivo 2 agrega su valor de corriente I2, quedando

en este el valor de I1 + I2.◦ Finalmente el valor I1 + I2 llega al dispositivo 1◦ De esta manera la suma de las corrientes de falla esta disponible

en ambos dispositivos.

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN PARA UNA N PARA UNA LLÍÍNEA CON 2 TERMINALES (2)NEA CON 2 TERMINALES (2)

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN ENTRE LOS RELN ENTRE LOS RELÉÉSS(3 TERMINALES)(3 TERMINALES)

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN PARA UNA N PARA UNA LLÍÍNEA CON 3 TERMINALES (1)NEA CON 3 TERMINALES (1)

Los relés se comunican de la siguiente manera:◦ El dispositivo 1 mide la corriente I1, luego este transmite sus datos

de magnitud y fase al dispositivo 2.◦ Este dispositivo agrega el valor I2 de su propia medida, obteniendo

un valor de I1 + I2.◦ Finalmente la suma parcial I1 + I2 llega al dispositivo 3, luego este

añade su propio valor I3.◦ El valor total I1 + I2 +I3 llega al dispositivo 2 y por ultimo también al

dispositivo 1.◦ De esta manera la suma de las corrientes de falla esta disponible en

los 3 dispositivos.

COMUNICACICOMUNICACIÓÓN PARA UNA N PARA UNA LLÍÍNEA CON 3 TERMINALES (2)NEA CON 3 TERMINALES (2)

PRINCIPIO BPRINCIPIO BÁÁSICO DE FUNCIONAMIENTO SICO DE FUNCIONAMIENTO CON 2 TERMINALES (1)CON 2 TERMINALES (1)

La LT se encuentra en condiciones normales (sin fallas) entonces:◦ La corriente “i” (lineas discontinuas) que fluye por el primario de los

TC colocados en los extremos opuestos de la linea son iguales.◦ Ambas corrientes son reflejadas al secundario con el valor de “I”.◦ Los secundarios de los TC estan conectados junto al elemento de

medicion M◦ Entonces por el elemento de medicion M pasara la corriente total:

Itotal = I + ( -I )◦ Debido a esto la bobina del interruptor no realizara disparo alguno.

PRINCIPIO BPRINCIPIO BÁÁSICO DE FUNCIONAMIENTO SICO DE FUNCIONAMIENTO CON 2 TERMINALES (2)CON 2 TERMINALES (2)

La LT se encuentra en condiciones de falla (cortocircuito) entonces:◦ Ahora las corrientes en los primarios de ambos TC son totalmente

diferentes con valores “i1” e “i2”.◦ Al ser reflejadas al secundario, tambien son diferentes con valores

“I1” e “I2”.◦ Entonces por el elemento de medicion M pasara la corriente total:

Itotal = I1 + I2◦ Debido a esto la bobina del interruptor realizara el disparo

protegiendo a la LT de una sobrecorriente.

PRINCIPIO BPRINCIPIO BÁÁSICO DE FUNCIONAMIENTO SICO DE FUNCIONAMIENTO CON 2 TERMINALES (3)CON 2 TERMINALES (3)

Itotal = I1 + I2

PRINCIPIO BPRINCIPIO BÁÁSICO CON SICO CON MMÚÚLTIPLES TERMINALESLTIPLES TERMINALES

Sigue el mismo principio que para 2 terminales.

Itotal = I1 + I2 + I3 + I4 + …….

Acciona a la bobina de disparo del interruptor

PRINCIPIO DE COMUNICACIPRINCIPIO DE COMUNICACIÓÓN N ENTRE LOS RELENTRE LOS RELÉÉS (1)S (1)

Cada dispositivo mide la corriente local y envía la información de su intensidad y la relación de fase con el dispositivo del extremo opuesto.

Para realizar la comunicación entre los dispositivos se necesita la interfase de datos por comunicación digital.

Como resultado, las corrientes pueden ser sumadas y procesadas en cada dispositivo.

PRINCIPIO DE COMUNICACIPRINCIPIO DE COMUNICACIÓÓN N ENTRE LOS RELENTRE LOS RELÉÉS (2)S (2)

Principio de comunicación relé-relé

Mensaje Digital0 I I I I I I 0 I 0 . . . . . 0 I 0 I I I I I I 0

A/D �P

Interfase de comunicación digital

End A End B

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87LN DIFERENCIAL 87L

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87LN DIFERENCIAL 87LPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (1)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (1)

El relé compara la relación de desfasaje en cada extremo de la línea.

Luego el relé ubicado cerca de la falla local digitaliza los datos y lo envía al relé ubicado en la falla remota.

Si ocurre una falla, ya sea a través de la línea o fuera de esta, este relé compara la señal local con la señal remota.

Después compensa el desfasaje causado por el retraso del tiempo de propagación en el medio de comunicación.

Si las dos señales coinciden y sus magnitudes son superiores al ajuste de la corriente mínima, entonces una señal de disparo es emitido en cada extremo de la línea.

Si las señales están fuera de fase entonces el relé no dispara.

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87L N DIFERENCIAL 87L PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (2)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (2)

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87L N DIFERENCIAL 87L PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (3)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (3)

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87LN DIFERENCIAL 87LDIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTODIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

Channel to remote endLegend : 87L Differential relay50/51 Back-up overcurrent49 Thermal overload 85 Intertrip channels86 Lock-outFR Fault Recording MemoryM MeteringFC/SI Supervisory feeder controlRA Remote access (e.g. intranet)

508587L 51 49 79

86MFR FC SI RA

Option

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87LN DIFERENCIAL 87LPROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL TRANSVERSAL O CRUZADA (1)N DIFERENCIAL TRANSVERSAL O CRUZADA (1)

No necesita comunicación entre los terminales de línea.

Comparación (diferencial) de valores de corriente entre dos circuitos;

◦ Similares → Normal

◦ Diferentes → Falla interna

|I1| - |I2| > k . (|I1| + |I2|)

|I2| - |I1| > k . (|I1| + |I2|)

Donde, I1 e I2 son las corrientes de los circuitos 1 y 2,

respectivamente, y k es el coeficiente de restricción.

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL 87LN DIFERENCIAL 87LPROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIAL TRANSVERSAL O CRUZADA (2)N DIFERENCIAL TRANSVERSAL O CRUZADA (2)

Influencia de la corriente de carga y la operación para terminales de fuente débil (ajustes de sensibilidad)

|∆I1| - | ∆ I2| > k . (|∆I1| + |∆I2|)|∆I2| - |∆I1| > k . (|∆I1| + |∆I2|),

Donde, ∆I1 y ∆I2 son corrientes superpuestas,

∆ I = Ifalla – Icarga

¡¡Gracias por su Gracias por su atenciatencióón!n!